大区域地下水流数值模拟研究现状及存在问题

在分析大区域地下水流数值模型构建缘起的前提下,系统论述了近年来地下水流数值模拟在大区域地下水资源评价、水文地质参数确定、地面沉降、溶质运移、海水入侵、盐渍化、风险评估、地下水管理及地表水与地下水的联合开发利用等方面的国内外研究应用现状;归纳、总结了目前大区域地下水流数值模型在灵敏度分析、裂隙和岩溶介质中模型建立、基于地下水流数值模拟的溶质运移模型建立、地下水流数值模型构建所需工作量等理论和方法研究及实际建模过程中存在的一些问题;展望了今后大区域地下水流数值拟在研究范围、模拟技术与方法以及与其它模型耦合等方面的发展趋势。

银川地区地下水氮污染原因及防治

通过对银川地区1991～2000年的地下水水质动态监测数据分析发现其地下水氮污染严重,其中尤以氨氮污染最为严重,对其氮污染的成因作进一步分析得出:引起潜水氮污染的主要因子是农田大量施用化肥和地面污水下渗,引起承压水氮污染的主要因子是大量开采承压水造成的潜水对其越流补给,最后提出了相应的防治措施.

基于等维灰数递补动态GM(1,1)模型的矿区需水量预测研究

在研究煤矿区中长期需水量预测过程中,针对常规GM(1,1)模型存在的不足,选用等维灰数递补动态GM(1,1)模型来进行矿区需水量预测,运用此模型对神东矿区自来水需水量进行了拟合和预测,结果表明此模型拟合精度高,适合于矿区中长期需水量预测使用,可为矿区水资源的开发利用规划和可持续利用提供必要的参考。

运用模糊综合评判法评价银川地区地下水质量

通过对评价因子、评价标准、数学模型、模糊关系矩阵和权重因子的确定 ,运用模糊综合评判法对银川地区承压含水层地下水质量进行了评价 。

陕北煤矿区矿井水资源化及综合利用研究

阐述了陕北煤矿区矿井水开发利用中存在的问题,分析了矿井水的水质特征,探讨了矿井水资源化的处理技术、综合利用途径以及进一步提高矿井水资源综合利用的措施。陕北煤矿区矿井水的资源化和综合利用具有显著的经济、社会和环境效益,是缓解其水资源用水矛盾、建立资源节约型矿区的必然选择。

一种时用水量的联合预测方法

提出了时用水量的季节指数、趋势移动及自适应过滤联合预测方法,该法可满足供水系统优化调度的需要。

古韩联营煤矿3^(#)煤层带水压开采条件评价

提出古韩联营煤矿3#煤属带水压开采,采掘过程中对3#煤安全开采最大的潜在威胁是构成煤系基底的K2灰岩和奥灰岩溶裂隙水。分析和计算了这两个含水层的突水系数,评价得出K2灰岩和奥灰含水层属于可能发生底板突水危险地区,建议在矿井巷道掘进和工作面回采过程中应采取相应地防治水技术和措施来保证矿井的安全生产。

矿业开发与环境保护关系综述

笔者介绍了我国矿业发展经历的3个阶段,归纳出我国矿业开发带来的矿山环境问题主要有:地面塌陷、占压破坏土地、改变地质构造、破坏水资源、污染水、污染土壤、污染大气、瓦斯爆炸及河床抬高等。分析了环境恶化的原因主要与区域地质环境条件、历史、经济技术、矿山企业和地方保护主义等因素有关。最后提出了防治矿山环境恶化的对策,对难以治理的地区以预防、避让为主,历史问题由政府和企业共同解决,落实“谁开发、谁保护;谁受益、谁治理;谁破坏、谁恢复”的生态环境保护新机制,加强监管,加强防治对策研究,走综合勘探、综合评价、综合开发、综合利用的发展道路。

公路建设中的环境地质灾害及防治对策

文章论述了公路建设中的环境地质灾害问题,并提出了相应的工程对策,对在建和拟建道路工程及环保工作具有指导和参考意义。

D401螯合树脂除氟方法及工艺研究

通过实验讨论了一种基于配体交换原理的新型改性D401除氟剂的除氟效果,实验表明该除氟剂的除氟容量可达3.8mg/g以上,除氟剂对水中F-有很高的选择性,不会对水中的其它离子产生影响,再生效果较好,除氟效果稳定。在实验的基础上给出了该方法的初步工艺设计思路,为该方法在实际中应用提供了参考思路。

保德煤矿峰峰组隔水性能多尺度定量化评价

针对华北型煤田下组煤开采奥灰水害威胁问题,以河东煤田保德煤矿峰峰组地层为研究对象,采用室内岩样薄片鉴定、微-CT扫描分析与现场压水试验相结合的手段,从微观-宏观多尺度分析了峰峰组岩性、孔隙结构以及渗透性特征,对其隔水性能进行了量化研究。研究表明:峰峰组地层岩性在垂向上存在明显差异性,上段岩性以泥晶、粉晶灰岩为主,总体呈晶粒结构,主要为泥晶方解石,部分为泥质结构,黏土质透镜体呈层状分布,下段岩性主要为粉质白云岩,晶间孔隙和溶孔多数被泥晶方解石和泥晶基质充填,岩石受到明显的压实、胶结和重结晶作用;峰峰组地层孔隙度为2.42%-3.18%,其中96.35%-96.74%的孔隙半径在2-8μm,78.9%-87.6%的喉道半径在0.6-1.5μm,孔隙与喉道半径分布集中且单一,总体表现为低孔隙性特征;峰峰组地层全段压水量为0.43-1.16 L/(m·min),平均压水量0.95 L/(m·min),透水率为0-2 L/(m·MPa·min),压水量随深度呈现出逐步增高的趋势,峰峰组顶部压水量最小,进入峰峰组地层96.4 m深度压水量最大,变化趋势稍有波动,但总体较为平稳;采用霍斯列夫公式计算峰峰组全段渗透系数的数量级在10^(-3)-10^(-4) m/d,总体呈现出弱透水性特征;从带(水)压开采角度,峰峰组全段可作为隔水层加以利用。

Excel在土壤污染评价数据处理中的应用

现在全国进行大面积的水土环境污染调查,野外获得的数据及实验所得的样品测试数据都需要进行处理、分析,从而判别一个地区环境污染的程度。文章利用Excel易学易用的特点,讲述怎样用Excel快速输入原始数据,对数据简便分析,快速浏览数据及对实验数据进行处理,统计位于不同的区间中的数据的个数,以便划分功能区间,方法简便、易行,容易掌握。

基于DSSAT-CERES-Wheat的黄土高原西部春小麦干旱影响研究

为提出有效措施预防黄土高原西部地区春小麦生产受到气象和农业干旱的影响,估算了1961—2018年期间、时间尺度1~6个月标准化降水蒸散指数(Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)以及深度0~10 cm和深度10~40 cm的土壤水分亏缺指数(Soil moisture deficit index,SMDI),探究了气象和农业干旱时空变化规律;利用DSSATCERESWheat模型模拟了黄土高原西部7个站点春小麦1961—2018年的生长要素和产量数据,分析了其时空变化规律;并研究了气象和农业干旱对春小麦生长过程及产量的影响。结果表明:以甘肃临夏站为例,时间尺度1~6个月SPEI和SMDI的干湿状态总体上一致,SPEI总体呈现干湿交替,深度0~10 cm的SMDI以及深度10~40 cm的SMDI的变化基本一致,均呈现变湿润的趋势。DSSATCERESWheat模型模拟黄土高原西部春小麦生长过程和产量方面的效果良好(决定系数R^(2)为0.65~0.84);1961—2018年春小麦最大叶面积指数和地上生物量无明显变化趋势,而产量在2005年之后有增加的趋势。开花期和灌浆期的干旱对春小麦生长过程以及产量的影响更大,SMDI与春小麦生长和产量要素之间的关系比SPEI更为密切,表明农业干旱对春小麦生长和产量的影响更大,其中深度0~10 cm的SMDI比深度10~40 cm的SMDI影响程度大。时间尺度2个月的深度0~10 cm的SMDI是干旱背景下影响春小麦生长和产量的关键时间尺度。本研究为黄土高原西部春小麦生产应对气象和农业干旱提供了参考。

复杂水文地质条件下大型帷幕截流工程效果数值仿真分析

朱仙庄煤矿水文地质条件复杂,其8煤开采受到奥灰和太灰强富水含水层的补给影响,严重威胁煤矿的安全开采。提出了建造大型帷幕截流墙、切断它们之间的水力联系、进行疏水降压的水害治理方法。针对前人单点局部检验帷幕效果的不足,为预测大型帷幕墙的整体截流效果,在井下开展了三阶段放水试验,以此为基础,开展了朱仙庄煤矿多层、复杂接触、复合边界的水文地质条件下大型帷幕截流工程数值仿真分析。结果表明:放水试验期间,帷幕墙内“五含”水位呈现“平盘式”下降现象,墙内外水位差明显,放水试验末期墙内外水位差约200 m,“四含”水位变化出现“滞后”现象,判断了它们之间水力联系微弱,确定了“五含”和“四含”的参数分别为4个和2个分区。针对朱仙庄煤矿复杂的水文地质模型,通过将第2和第3层赋值为相同参数概化了“四含”和“五含”的高角度不整合接触关系,奥灰与“四含”的接触带概化为变水头边界,同时将太灰与“四含”,奥灰、太灰与“五含”的接触带概化为源汇补给项,建立了420行×260列×3层的大型帷幕截流工程的大型数值模型,运用MODFLOW软件的WHS求解器进行模型计算。由于研究区复杂的地层接触关系,数值模型在计算中容易出现不收敛现象,通过动态调整算法的阻尼系数在0.8~0.5可以很好地控制模型的收敛性。帷幕截流墙的数值仿真分析发现,帷幕截流墙整体渗透性能较差,整体渗透系数为0.6 Lu(折合渗透系数为0.005 m/d)。预测了“五含”水位疏降至安全水头-350 m时的残余水量为91 m 3 /h,截流率达95%以上,综合分析帷幕墙截流效果非常明显。本次计算方法和技术可为类似的复杂水文地质条件下大型数值模型的构建、计算及快速收敛提供参考,同时丰富了煤炭精准开采背景下的矿井地质保障技术。

基于R/S分析法的等维灰数递补动态GM(1,1)模型预测矿井涌水量

针对矿井涌水量时间序列的分形与灰色特征,采用重标极差分析法(R/S分析法)确定涌水量时间序列的Hurst指数和平均循环周期,在一个周期内建立等维灰数递补动态GM(1,1)预测模型。充分利用最新信息,提高模型预测精度。运用基于R/S分析法的GM(1,1)模型对陕北某矿矿井涌水量进行分析预测,结果表明,模型拟合程度好,预测精度高,能够为矿井安全生产提供决策依据。

运用偏最小二乘回归法计算导水裂缝带高度

为克服导水裂缝带高度计算经验公式中仅考虑煤层顶板岩性和开采厚度所带来的误差,综合分析开采深度、煤层倾角、开采厚度、走向长度、倾斜长度、顶板岩性等变量的影响,运用偏最小二乘回归法提取对自变量、因变量有强解释能力的主成分,建立了因变量与自变量间的回归公式。根据淮南矿区走向长壁垮落式采煤中导水裂缝带高度实测资料,基于偏最小二乘回归法建立导水裂缝带高度预测模型,经辅助分析检验表明该模型预测精度较高,可以作为淮南矿区相似条件下导水裂缝带高度的计算公式。

煤层底板破坏深度现场测试与数值模拟对比研究

以钻孔分段注水试验的原理,设计CS-4、CS-5、CS-6共3个测试钻孔,采用钻孔双端堵水设备对准格尔煤田黄玉川矿6上01工作面进行底板破坏深度测试,现场实测其破坏深度为34.9 m。同时,利用FLAC3D数值模拟软件,模拟工作面开采过程中的采动应力分布规律、塑性区分布、底板岩层位移特征以及不同采宽条件下底板破坏深度。研究结果表明:数值模拟的底板破坏深度为36 m,与现场实测深度相吻合;底板破坏深度随工作面采宽的增加而增大,当采宽达到250 m时,底板破坏深度增幅变得缓慢,据此认为大采宽工作面采矿扰动加剧了底板破坏程度。

基于聚类分析与模糊综合评判的煤层顶板涌水危险性评价

针对塔然高勒煤矿西一盘区3-1煤层顶板含水层涌水危险性问题,利用聚类分析对含水层厚度、岩芯采取率、脆塑性岩厚度比、渗透系数、单位涌水量等关键因素进行涌水分区,并结合模糊综合评判法对各涌水分区进行等级划分,将其划分为“安全”“较安全”“较危险”“危险”4个等级。结果表明,西一盘区可分为6个分区,除F分区为危险区外,其余分区均为安全区,与西一盘区实际水文地质条件相一致。基于聚类分析的模糊综合评判法可作为煤层顶板涌水危险性评价方法。

向斜轴部煤层顶板水疏放效果定量化评价

针对煤层顶板水疏放效果定性分析存在的过度疏放问题,采用钻孔涌水量衰减率、含水层水头高度、疏放水总量及残余水量等定量指标,对新疆大南湖一矿1305工作面(尤其是向斜轴部区域)进行疏放水效果定量化评价。结果表明,1305工作面疏放水总量小于工作面静储量,向斜轴部区域的疏放水钻孔涌水量衰减率较小,运输巷侧水头高度高出含水层顶板约45 m,未实现有效疏放,仍需适当加密疏放水钻孔继续疏放,可为疏放水效果评价提供一定的定量化依据,确保煤层顶板水的有效疏放。

基于综合分析法的疑似封闭不良钻孔探查

以老公营子煤矿73159疑似封闭不良钻孔为研究对象,采用抽水试验与示踪试验相结合的综合分析法探查73159钻孔是否导通第四系含水层水进入井下采空区。在73159钻孔周边施工探查钻孔,利用第四系含水层抽水试验过程中地下水流场变化特征,分析封闭不良钻孔周边第四系含水层是否出现明显的降落漏斗;并在疑似封闭不良钻孔附近钻孔投入碘化钾示踪剂,开展示踪试验测试井下出水点水质特征。研究结果表明:抽水试验过程中紧邻73159疑似封闭不良钻孔的S2观测孔水位未出现明显的下降,初步判断73159疑似封闭不良钻孔未形成导水通道;采空区水、第四系含水层水中Na+含量及矿化度差异较大,且示踪试验采取的采空区水中碘离子含量小于12×10^(-9),碘离子含量极其微小,进一步表明73159疑似封闭不良钻孔未构成导水通道使第四系含水层水涌入采空区。